Programma IDF in presenza - Gruppi di Lavoro

  • 10-12 ottobre 2018

 
GRUPPO ARGOMENTO E TUTOR N. SEDE MATERIALI
A COSTRUZIONE E USO DIDATTICO DEL KIT INFN PER LA RIVELAZIONE DI PARTICELLE ARDUSIPM
V. Bocci, F. Iacoangeli

La costruzione di un rivelatore di particelle "fatto in casa" non è una cosa semplice data la difficoltà di reperimento di materiali e i relativi costi. Nell’ambito delle ricerche istituzionali INFN abbiamo realizzato un rivelatore a scintillazione compatto ed economico, basato su Arduino Due, che racchiude tutte le funzionalità di un moderno detector di fisica delle particelle. ArduSipM sarà utilizzato dalla scuola di Fermo vincitrice del CERN beamline for schools 2017 nel loro esperimento al CERN per la rivelazione della radiazione Cherenkov. Durante la giornata verrà mostrato come assemblare il rivelatore, come utilizzare i programmi di acquisizione e controllo, verranno spiegate le sue funzionalità e si imparerà come usarlo in esperienze didattiche per la rivelazione di raggi cosmici o misure di radiazione ambientale.
Il Kit, completo di tutto il necessario, è acquistabile da terze parti sotto licenza INFN https://www.asimmetrie.it/as-illuminazioni-rivelatori-fai-da-te

 
B ATOMI, ACCELERATORI E LUCE
A. Balerna, A. Grilli, V. Sciarra

Il nostro mondo è popolato da tanti e diversi tipi di materiali: ciò che sorprende è che questa grande varietà di materia sia composta di pochi e relativamente semplici elementi chiamati atomi. Gli atomi, con la loro dimensione di frazioni di nanometro (un decimo di miliardesimo di un metro) sono invisibili anche al migliore microscopio ottico. Per “vedere” gli atomi ed esplorare il mondo al di là delle sue proprietà macroscopiche, è necessaria una luce che non è quella visibile. Questa luce, o meglio i raggi X, hanno una lunghezza d’onda ben più corta della radiazione visibile e quindi adatta a studiare elementi piccoli come gli atomi. Gli acceleratori di particelle nati per studiare la fisica fondamentale, sono nel tempo diventati anche ottime sorgenti di luce (luce di sincrotrone) e in particolare di raggi X. Studieremo l’evoluzione delle sorgenti di luce di sincrotrone, le loro caratteristiche e le nuove prospettive di ricerca che si aprono anche nell’ambito degli studi sulla struttura atomica della materia.

   
C

BRUNO, PIERRE E IL MISTERO DELLA CARICA PERDUTA: PERCORSO STORICO E SPERIMENTALE ALLA SCOPERTA DEI RAGGI COSMICI.
M. Beretta, G. Felici, M. Gatta, C. Gatti

Nel 1785 Coulomb osserva che corpi carichi isolati perdono la carica spontaneamente. Come mai? Ci vorrà piu' di un secolo per risolvere questo mistero e scoprire il "colpevole". Partendo da questo aneddoto ripercorreremo una storia fatta da viaggi con palloni, immersioni sott'acqua, lingotti d'oro ed esperimenti sotto i bombardamenti, che porto' alla scoperta dei raggi cosmici e alla nascita della moderna fisica delle particelle. Seguendo le impronte di protagonisti come Bruno Rossi e Pierre Auger ripeteremo, nei limiti di tempo a noi concessi, alcune delle esperienze che portarono a queste grandi conquiste utilizzando rivelatori a scintillazione e altra strumentazione di laboratorio.

   
D

SULLE TRACCE DELLE PARTICELLE: LA COSTRUZIONE DI UNA CAMERA A NEBBIA. PROPOSTA DIDATTICA PER DIVENTARE DEI "DETECTIVE DELLE PARTICELLE"
C. Curceanu, R. Fabrianesi, R. Giovannucci, L. Ronci

Con materiali relativamente poveri si può costruire una camera a nebbia con un costo contenuto. Le tracce delle particelle (da una sorgente oppure raggi cosmici) possono essere così viste e i principi della rivelazione delle particelle dimostrati sul campo e discussi. Verrà presentato il funzionamento e la costruzione di una tale camera a nebbia, assieme alla fisica delle particelle (inclusi i raggi cosmici e sorgenti) che la descrive. Un tale progetto può essere facilmente riprodotto a scuola dove i ragazzi possono divertirsi, diventando dei "detective delle particelle".

   
E

NANOTECNOLOGIA E STRUMENTAZIONE AVANZATA
S. Bellucci, O. Calamai, F. Micciulla

Si presenteranno le recenti innovazioni nel campo della nanotecnologia, con particolare riferimento alle movimentazioni di campioni all'interno delle camere da vuoto, con risoluzione dell'ordine del nanometro. Le applicazioni di elezione spaziano dalla biomedicina all'elettronica (in particolare la sensoristica), all'aerospazio. Verranno illustrate le principali tecniche di caratterizzazione di materiali avanzati e dispositivi nanostrutturati, tramite microscopia elettronica e spettroscopia.

   
F

SISTEMI FOTOVOLTAICI
P. Bernardoni

I partecipanti saranno coinvolti in un progetto sui concentratori solari a luminescenza (LSC), ovvero pannelli fotovoltaici traslucidi, che permettono di catturare una porzione della radiazione solare e creare effetti luminosi dall’elevato valore architettonico. Questi concentratori sono stati sperimentati nella competizione internazionale Solar Decathlon Europe 2014 e costituiscono una interessante soluzione per la realizzazione di facciate e smart-windows.

 

   
G

FISICA E MEDICINA – METODI NON INVASIVI PER LO STUDIO DEL SISTEMA CIRCOLATORIO
G. Gadda

La Fisica Medica fa uso dei concetti e delle metodiche proprie della ricerca scientifica per portare benefici nel campo della medicina, sia in termini di sviluppo tecnologico che di miglioramento della salute delle persone. In questa attività verranno dapprima illustrati i princìpi fisici alla base della diagnostica per immagini in generale, e delle apparecchiature ultrasonografiche in particolare. Verrà poi mostrato l'utilizzo di tali apparecchiature in un filone di ricerca innovativo riguardante lo studio del ritorno venoso cerebrale. Si mostrerà l'importanza di costruire modelli (sia fisici che matematici) più o meno semplificati di sistemi complessi come l'apparato circolatorio umano. Questi modelli hanno molteplici scopi: comprendere i meccanismi di base del funzionamento di un sistema biologico in modo non invasivo, eseguire test di calibrazione sugli strumenti e training sul personale ospedaliero, simulare situazioni fisiologiche e casi patologici per migliorare l'efficacia delle diagnosi. Infine verrà mostrato uno strumento di recente progettazione che, rivisitando una tecnica non invasiva tradizionale chiamata pletismografia, ha permesso di studiare il ritorno venoso cerebrale anche in condizioni di microgravità (esperimento Drain Brain).

 

   
H

L'ELETTRONICA NEL MONDO DELLA FISICA DELLE PARTICELLE: DAI PRIMI ESPERIMENTI DI ALTE ENERGIE FINO AI NOSTRI TEMPI
P. Albicocco, E. Capitolo, U. Denni, R. Messi, M. Poli Lener

L’evoluzione storica dell’elettronica ha permesso di realizzare esperimenti sempre più complessi grazie alla notevole riduzione dei costi e alla sempre maggiore integrazione dei componenti.
La digitalizzazione dell’informazione e lo sviluppo dell’elettronica di consumo permettono anche la realizzazione di semplici esperimenti a bassissimo costo.
Realizzeremo due esperienze di fisica fondamentale relative alla misura di due costanti universali allo scopo di dimostrare come sia semplice usare elettronica e informatica insieme, la costante di Planck e la costante di gravitazione universale. Le esperienze proposte sono basate sul concetto di un elettronica “opensource” a basso costo che ne consente una facile riproduzione in ambito scolastico.
Non si richiedono competenze particolari è sufficiente una conoscenza basilare di Fisica e Matematica.

   
I

Tecniche di diagnostica per i beni culturali: applicazioni della spettroscopia infrarossa allo studio della sezione stratigrafica di un'opera d'arte. Applicazione dei raggi X
M. Cestelli Guidi, M. Romani

Il gruppo lavorerà sulla caratterizzazione, tramite spettroscopia infrarossa, dei materiali che compongono le sezioni stratigrafiche di un dipinto e sull'individuazione degli elementi presenti in un campione per mezzo della fluorescenza a raggi X (XRF). Nella prima parte della giornata verranno presentate le caratteristiche della luce di sincrotrone nell'infrarosso ed i suoi vantaggi nello studio dei manufatti artistici e l'applicazione dei raggi X in tecniche diagnostiche non distruttive nello studio di opere d'arte. Nel pomeriggio l'attività si sposterà nel laboratorio di luce di sincrotrone dove si potrà realizzare una misura di microscopia infrarossa su provini e su campioni prelevati da opere d'arte per la generazione delle immagini stratigrafiche. Successivamente nel laboratorio di radioprotezione si esaminerano campioni di tipo diverso per mezzo della XRF.

   
L Meccanica Quantistica
S. Bertelli, M. Iannarelli, E. Turri

Il percorso proposto è dedicato all'introduzione dei temi che hanno portato allo sviluppo della meccanica quantistica e verrà strutturato in una parte teorica e in una parte sperimentale. Gli argomenti trattati saranno: crisi della meccanica classica, spettri atomici, corpo nero ed effetto fotoelettrico, scoperta della radioattività, dualismo onda-corpuscolo e fisica dell'elettrone. Nella sessione sperimentale verrà realizzata la misura della costante di Planck a partire dalla misura della tensione di conduzione di due LED che emettono su lunghezze d'onda diverse e verranno presentati alcuni esperimenti chiave della meccanica quantistica analizzandoli anche dal punto di vista didattico.